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非线性有限元法在海底管道铺设中的应用
| 论文题名： | 非线性有限元法在海底管道铺设中的应用 |
| 关键词： | 海底管道铺设;非线性分析;有限元;超松弛迭代法;铺管船法 |
| 摘要： | 铺管船法铺设中的海底管道，一端置于海底，另一端依托于铺管船，中间是一段较长的悬跨段，为保证悬跨段管道不发生屈曲变形，必须根据铺设时的海洋环境及时地对管道的力学性质进行分析，以确定合理的铺管船作业参数。铺设中的悬跨段管道具有几何非线性性质，其悬跨长度及着地点的受力未知，使得问题的求解难度增加。经过三十多年的研究，虽然分析方法多种多样，但仍没有很好地解决速度、精度和通用性三者之间的问题。目前我国还没有开发出适用于工程实际的管道分析软件，尤其是深海管道铺设及其相关技术的研究，在国内仍属空白。 国内由于海底管道铺设的需要，急需解决管道铺设时力学性质的分析计算方法这一难题。本文来源于中国石油天然气总公司“九五”重大技术与设备攻关课题“滩海铺管敷缆装置研制”，针对我国第一艘滩海铺管敷缆船设计和制造的技术问题，对海底管道的力学性质及相关设备等问题作了深入的研究。 本文采用非线性有限元理论把微分方程建立在管道微段受力平衡的基础上，将悬跨段管道视为空间连续曲线，利用有限差分法将微分方程离散化，导出管道微元的单元刚度矩阵，应用有限单元法组成总体刚度阵，应用超松弛迭代法求解。这种方法既充分考虑了管道的弹性，非线性、几何大变形问题，又能够方便的适应于计算机的数值计算。使用本文方法能够分析多种铺管形式下的静态和动态悬跨管道，可处理复杂受力和边界条件，计算速度快，很好地解决了管道分析中速度、精度和通用性之间的关系。 在理论分析和计算的基础上，本文使用matlab编制了海底管道分析程序，并且分别对二维受力状态下的S型和J型铺管进行了分析，对影响其管道铺设应力的因素进行了研究。 |
| 作者： | 马锐 |
| 专业： | 机械电子工程 |
| 导师： | 冯刚 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2006 |
| 正文语种： | 中文 |
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